Интересные новости и комментарии

Автор Дж. Тайсаев, января 15, 2009, 02:31:37

« назад - далее »

АrefievPV

Блокчейн использовали в моделировании четырех миллиардов реакций, необходимых для зарождения жизни
https://naked-science.ru/article/chemistry/blokchejn-ispolzovali-v-m
Команда химиков применила вычислительные мощности распределенной сети компьютеров, чтобы сгенерировать крупнейшую из когда-либо созданных цепей химических реакций, которые могли привести к появлению пребиотических молекул на ранней Земле.
ЦитироватьВ исследовании, опубликованном в журнале Chem, ученые использовали потенциал технологии блокчейн для решения проблем за пределами финансового сектора, которые в противном случае потребовали бы дорогих и труднодоступных суперкомпьютеров. Авторам научной работы удалось изучить все возможные комбинации химической реактивности, действовавшие на первобытной Земле, и показать, что некоторые примитивные формы метаболизма могли возникнуть даже без участия ферментов.

Чтобы применить блокчейн-сеть для расчета нужных реакций, исследователи сначала выбрали набор исходных молекул, которые присутствовали на ранней Земле, например воду, метан и аммиак, установив правила, какие реакции могли происходить между различными типами молекул. Затем эту модель задействовали для расчета наиболее вероятных реакций на блокчейн-сети распределенных вычислений.

Для этого команда ученых объединила свои усилия с компьютерными специалистами, использующими искусственный интеллект для планирования химического синтеза. Вместе они создали блокчейн с использованием платформы Golem, которая организует вычисления на сотнях компьютеров по всему миру, платя владельцам ПК криптовалютой в обмен на вычислительное время их машин.

Получившаяся сеть, названная NOEL (Network of Early Life), начиналась с 11 миллиардов реакций, а затем была сжата до 4,9 миллиарда наиболее правдоподобных. В итоге NOEL содержит части хорошо известных метаболических путей, таких как гликолиз и имитация цикла Кребса, и синтез 128 простых биотических молекул, таких как сахара и аминокислоты.

Однако среди почти пяти миллиардов произведенных реакций только сотни реакционных циклов оказались «самовоспроизводящимися» — в них молекулы создавали копии самих себя. Предполагается, что именно свойство саморепликации сыграло центральную роль в возникновении жизни, но подавляющее большинство ее известных проявлений требуют сложных макромолекул, например ферментов. Полученные же результаты показали, что при наличии только небольших молекул самовоспроизведение — редкое событие, так что, как полагают авторы, это свойство появилось позднее в процессе эволюции.

В итоге совместная работа химиков и IT-специалистов не только расширила знания о ранней пребиотической химии, но и показала, как благодаря распределенным вычислениям науку можно сделать более доступной для исследователей в небольших университетах и институтах, где нет доступа к суперкомпьютерам. Более широкое использование блокчейн-платформ поможет резко изменить организацию крупномасштабных вычислений, радикально упростив их даже для игроков без высокопроизводительного «железа».

P.S. Опять забыли про среду, в которой происходили все эти «самовоспроизведения» – эти реакционные циклы ведь не в вакууме шли (кстати, даже сам реакционный цикл есть составная часть среды). То есть, это не «молекулы создавали копии самих себя», а именно среда создавала копии/реплики молекул, а молекулы здесь играли роль образцов/оригиналов для копирования/репликации.

АrefievPV

Ученые предложили создать новую научную дисциплину — минеральную информатику
https://naked-science.ru/article/column/uchyu-distsiplinu-mineral
Международная группа минералогов, в которую вошли специалисты Кольского научного центра РАН, пришла к выводу о целесообразности создания новой научной дисциплины — минеральной информатики.

ЦитироватьВ прошлом году на страницах журнала American Mineralogist Американского минералогического общества (Mineralogical Society of America) появилась статья, которая фактически провозгласила создание нового научного направления. В работе приняли участие ведущие минералоги мира, включая генерального директора Кольского научного центра РАН, академика Сергея Кривовичева.

Минералы как естественные продукты геологических процессов сами по себе несут огромное количество информации. Например, они фиксируют факторы среды (физические, химические и в некоторых случаях даже биологические), которые могут многое сказать об условиях, которые были на нашей планете в момент их формирования. Все эти данные можно найти, исследуя и интерпретируя основные, второстепенные и микроэлементы, включения, текстуру поверхности, размер и форму зерен, соотношение стабильных изотопов и многое другое.

Каждый минерал в своих признаках хранит огромное количество информации. Минералогия за последние несколько десятков лет активно использует методы, основанные на данных, например для поиска новых минералов. Количество информации, которую можно извлечь из отдельного образца, настолько увеличилось, что позволяет использовать эти данные и за пределами чистой минералогии. Именно поэтому группа выдающихся ученых создала текст, который может считаться манифестом нового научного направления – минеральной информатики.


Вопросы минеральной информатики / © Пресс-служба КНЦ РАН

С точки зрения исследователей минеральная информатика рассматривает восемь базовых исследовательских вопросов:

1. Могут ли химические и физические свойства образцов минералов раскрывать их парагенетические особенности и функционировать в качестве посредников для биосигнатур? Более простым языком это можно охарактеризовать как использование информации, полученной из образцов минералов, для воспроизведения условий биологической жизни в соответствующие эпохи. Это позволит отделить минералы, которые образовались при влиянии живых организмов, от тех, которые образовались в строго абиотических условиях

2. Влияет ли присутствие жизни на минералогическое разнообразие планеты и статистическое распределение минеральных видов? Ответ на этот вопрос может помочь в исследованиях, связанных с возможностью существования биологической жизни на других планетах.

3. Можем ли мы предсказать наличие минералов на других планетах, учитывая ограниченные данные о них?

4. Совместное присутствие минералов и жизни: способствуют ли минералы метаболическому ландшафту или формируют его? Другими словами – как присутствие тех или иных минералов влияет на основные обменные процессы живых организмов, которые развиваются в среде, состоящей из таких минералов?

5. Какую роль сыграли минералы в возникновении жизни?

6. Могут ли минеральные сети служить биосигнатурой планетарного масштаба? Иначе говоря, может ли присутствие определенных видов минералов со всем комплексом доступной по ним информации говорить о присутствии сейчас или в прошлом того или иного типа живых организмов на конкретной планете?

7. Могут ли минеральные сети служить показателем степени планетарной эволюции? Ответ на этот вопрос подразумевает определенное представление об эволюции планет, которая очевидно является контр-энтропийным процессом. Таким образом, если считать эволюцию увеличением структурной сложности исследуемой системы, могут ли минеральные сети служить показателем таких процессов для систем планетарного масштаба?

8. Сыграли ли появление и эволюция жизни какую-то роль в увеличении средней структурной сложности минералов на Земле в течение длительного времени? Этот вопрос интересен тем, что возможно, именно присутствие жизни определяет ту минералогическую сложность, которую ученые наблюдают на Земле.

Такие исследовательские вопросы во многом отходят весьма далеко от основных задач не только минералогии, но и даже геолого-минералогических наук в целом. Для исследований в этом направлении требуются специфические методы, которые основаны на больших данных и самообучающихся системах, поскольку обрабатывать такие объемы информации без привлечения современных информационных методов совершенно невозможно.

При этом важно проверять все информационно-аналитические методы более традиционными минералогическими инструментами, чтобы избежать ошибок. Последние десятилетия доказали эффективность такого подхода в минералогии. Минералы как относительно стабильные свидетели прошлого могут дать неисчерпаемый источник информации по всем вышеперечисленным вопросам и возможно ряду других, еще даже несформулированных.

Исследователи уверены, что будущее десятилетие передовых исследований в минералогии будет сосредоточено на систематическом и скоординированном изучении данных о минералах и методов обработки данных, используемых для формулировки научных заключений. А это значит, что минеральная информатика может стать основой междисциплинарных проектов с минералогическим участием.

P.S. Главное, не стоит забывать, что понятие информация, это просто удобный термин для описания некоторых аспектов явлений. То, что каждый минерал в своих признаках хранит огромное количество информации, это только наши интерпретации. (замечание в скобках: выделение признака, это, по сути, выделение абстракта, которое происходит в наших мозгах – то есть, абстракт возникает в мозгах, его нет в некоем внешнем объекте/процессе)

То есть, что в минералах есть какая-то там информация, как некая самостоятельная сущность, которую можно извлечь оттуда, это иллюзия – вся эта информация возникает у нас в мозгах, как интерпретация данных (которые являются, в свою очередь, интерпретацией сигналов). Можно сказать, что данные и сигналы – это тоже интерпретация (только низкоуровневая, которую формируют воспринимающие структуры органов чувств (сигналы) и первичные аналитические структуры нервной (данные)). Ну, а смысл, это интерпретация уже более высокого уровня, якобы полученной извне, информации, которую (интерпретацию) формируют высшие аналитические структуры головного мозга.

АrefievPV

Как решалась проблема увеличения независимости от среды в докембрии
https://elementy.ru/genbio/synopsis/725/Adaptivnye_reaktsii_drevneyshikh_iskopaemykh_organizmov_vozmozhnye_evolyutsionnye_prichiny_vozniknoveniya_sotsialnosti
ЦитироватьПо статье:
Е. Л. Сумина, Д. Л. Сумин
Адаптивные реакции древнейших ископаемых организмов: возможные эволюционные причины возникновения социальности
Том 84, 2023. № 2, Май-июнь • Стр. 98–113 

Первыми макрообъектами в палеонтологической летописи на данный момент считаются строматолиты. Их возраст насчитывает более 3,5 миллиардов лет. Показано, что строматолиты, являясь побочным продуктом жизнедеятельности первых прокариотических организмов – цианобактерий, имеют упорядоченные структуры и демонстрируют своеобразную морфологическую эволюцию. Например, во времени наблюдается согласованное изменение высоты постройки и ее внутренней структуры. Наблюдающееся развитие строматолитовых построек укладывается в комплекс потребностей донного фотосинтезирующего организма – подъем над поверхностью осадка, уход из зоны взмучивания и засыпания, увеличение поверхности фотосинтеза. Таким образом, могут быть реконструированы причины и ход эволюционных изменений самых древних сообществ.
ЦитироватьВ геологической летописи особняком от остальных стоят так и не понятые до конца в течение большого времени своего изучения ископаемые организмы – строматолиты. Первые их находки из древнейших отложений, исходя из общего уровня организации, описывались как губки и кораллы.

Дальнейшее изучение показало их принципиальное отличие от скелетов эукариот. Фактически это были утолщенные и видоизмененные по форме части слоев известковых пород, образующие столбики при накоплении древнего осадка. Предположение о водорослевом их происхождении получило подтверждение после нахождения в тридцатых годах прошлого века современных строматолитов, образуемых сине-зелеными водорослями или, по современной систематике – цианобактериями. Ясно, что такой объект как водорослевое обрастание не может быть предметом интереса палеонтолога-систематика или палеонтолога-эволюциониста, поскольку заведомо не обладает организменной целостностью, определяемой единой наследственностью.

Однако строматолиты привлекли к себе особое внимание именно палеонтологов, поскольку были единственными ископаемыми макроскопической размерности в докембрийских толщах, накопление которых предшествовало массовому появлению организмов со скелетом. Подробное их изучение в геологических целях выявило таксономическую делимость разнообразия строматолитов и направленную сменяемость этих таксонов во времени, что может быть свойственно только организмам. Противоречие между биологическим и палеонтологическим пониманием строматолитов требовало разрешения. Проведенное в рамках этой задачи исследование современных цианобактериальных пленок позволило выявить у них свойства, характерные только для организмов – образование дифференцированных структур путем истинного морфогенеза.

Ранее считалось, что для образования сложных макроскопических (многоклеточных) организмов требуется сложность эукариотных клеток. Нитчатые цианобактерии являются заведомыми прокариотами и такой сложностью не обладают. Однако если эукариотные клетки понимать как многоклеточных прокариот с высокой степенью дифференцировки, то нитчатые цианобактерии как также многоклеточные прокариоты в этой логике вполне ожидаемо будут проявлять сходные свойства. 
ЦитироватьЗдесь нужно отметить, что наблюдаемая история строматолитов насчитывает более 3,5 миллиардов лет и описываемые этапы усложнения в ней происходили неоднократно. Предметом нашего рассмотрения является рифейско-вендский (1650–540 млн лет) этап как наиболее поздний и наиболее сохранный. Одновременно при его окончании строматолиты достигли сложности, могущей быть сопоставленной с простейшими скелетами многоклеточных эукариот, но дальнейшее их развитие было прервано появлением самих скелетных эукариот.
P.S. На всякий случай напомню, что эволюция идёт всеми доступными путями сразу (выживают не все виды, большинство проигрывает в конкуренции). И нам приходится реконструировать эволюционные пути по очень скудным данным (по теперешним видам, победившим в конкурентной борьбе и по палеонтологическим находкам).

Об изначальной социальности живых систем (только ссылка, сообщение большое):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg235197.html#msg235197

Об автономности живых систем (краткая цитата, ссылка внутри):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg257845.html#msg257845
Цитата: АrefievPV от декабря 10, 2021, 08:20:35P.S. О повышении автономности живых систем упоминал здесь (там целый гипотетический сценарий представил): https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg218092.html#msg218092

Степень автономности системы коррелирует со степенью «живости» (и даже, со степенью разумности) этой системы. Следует заметить, что автономность системы рассматривается по отношению к среде обитания (ближайшей и текущей). То есть, система более автономна именно к ближайшей/текущей среде обитания, а не вообще к среде обитания (живая система включена в среду обитания). По проявляемой степени автономности системы от среды мы разграничиваем живое и косное.

АrefievPV

Альтернативные формы жизни
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436997/Alternativnye_formy_zhizni
Интервью Бориса Штерна с Михаилом Никитиным

P.S. Прокомментирую некоторые высказывания.

ЦитироватьКак и везде в естественных науках, в отличие от математики и философии, мы тут не можем начать с того, чтобы дать строгое определение, что такое жизнь. Но пока мы находимся на Земле и рассматриваем то, что есть на Земле, мы более-менее интуитивно понимаем, что там живое, а что не живое. То есть царства растений, животных и минералов люди выделяли тысячи лет назад.
Строгое определение (при этом, определение желательно в «зрелой» форме, а не перечнем свойств/качеств) жизни дать не могут, а только «более-менее интуитивно понимают, что там живое, а что не живое», но умудряются выстраивать сложные конструкты на такой зыбкой базе...

Грубо говоря, наша интуиция (точнее, её нейрофизиологическая основа – нейросети мозга) обучается на наглядных примерах, а размножение, это наглядно, но глубинная суть при этом не видна. И здравый смысл, в этом плане, только поверхностное осмысление результатов обучения – выделение поверхностной сути («что вижу, о том и пою»).

Судя по всему, это самое «более-менее интуитивное понимание» и завело в «когнитивный тупик». В итоге саморепликация поставлена во главу угла. Ну и, так как, в основу живого поставили, так называемую, саморепликацию, то всё остальное оказалось жёстко привязанным к этой «саморепликации». И вот тут некоторые вещи начинают нестыковаться, но люди этих нарушений логики не замечают.

Характерный пример (из цитаты ниже). Сначала умудряются заражённую вирусом клетку обозвать вирусом в активной форме, и эта клетка начинает производить вирусные частицы (типа, вирусы в покоящейся стадии). Вроде основа определения живого (саморепликация живой системой самое себя) не нарушена – вирус реплицирует сам себя (типа, активная форма создаёт покоящиеся стадии). Нормально же, да? А ничего, что клетка (хоть заражённая, хоть незаражённая), это не вирус? Вот ни в какой форме или стадии клетка, это не вирус.

Репликация, это только способ сохранения своей структуры именно для таких неустойчивых химических систем, как живые системы нашего типа жизни (то есть, главное, чтобы успела сформироваться копия структуры в реплике, пока структура оригинала не разрушена (а если реплик получилось больше, то и вероятность сохранения оказывается выше)).

При этом, если смотреть глобально, то это просто соответствие (напомню: жизнь – это живая система + её среда обитания) условий среды и структур систем-образцов/оригиналов, которые среда может реплицировать. Тут: без соответствующих систем-образцов/оригиналов не будет реплик – не с чего делать копии), а без соответствующих условий среды не будет репликации – такие системы-образцов/оригиналы данная среда не будет реплицировать (возможно, системы с другой структурой будет, но вот эти не будет).

ЦитироватьНекоторую сложность доставляли вирусы, но тут я могу сказать, что вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете, а не на химическом и не на геологическом. Вирусы способны к размножению, также, как и все другие живые существа, просто те формы вирусной частицы, которые кристаллизуются и более упорядочены, чем живые клетки, — это их покоящаяся стадия. А активная форма жизни вируса — это вироклетка, зараженная клетка, которая производит новые вирусные частицы. Она со всей очевидностью живая — это размножающаяся форма живого организма, вируса.
Аргумент, что «вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете» – это шутка, наверное.

Обозвать заражённую вирусом живую клетку вирусом в активной форме для того, чтобы наделить «живостью» вирус – это какое-то жонглирование понятиями...

На самом деле, это вынужденная мера, дабы не порушить основу определения живого – так называемую, саморепликацию. «Закрывать глаза» на то, что именно клетка создаёт реплики вируса, а не сам вирус создаёт собственные реплики – то есть, в данном случае живая клетка является средой, реплицирующей вирус, а вирус является только образцом/оригиналом для репликации – наверное, вера диктует...

И да, живая система может находиться в двух фазах (и эти фазы достаточно легко выявляются) – в активной, и в пассивной. Но изначально (в момент возникновения живых систем) чёткого разделения фаз не было, оформились/обособились  фазы в результате эволюции, как адаптации для выживания. Это ещё и к вопросу «что первично, курица или яйцо» (на базовом уровне, разумеется) – типа, какая из фаз была первичной.

ЦитироватьПотому что жизнь довольно четко отличается от неживой материи на Земле по способности к дарвиновской эволюции, по способности к неограниченной наследуемой изменчивости. Так, живые организмы производят свои копии, копии эти не являются точными — они все-таки немножко отличаются от родителей, — изменения этих копий наследуются следующими поколениями (это не одна ошибка, которая будет исправлена в следующем поколении, это наследуемое изменение), а разница между этими копиями влияет на их дальнейшее размножение. Существует отбор. Какие-то потомки с какими-то вариациями размножаются лучше, другие потомки с другими вариациями размножаются хуже и в конце концов могут исчезнуть из популяции.
Не организмы производят собственные копии, а среда производит копии организмов (организмы играют только роль образцов/оригиналов для копирования). При этом не следует забывать, что и среда, и образец, это вещи относительные – например, для молекулы ДНК/РНК, это внутриклеточная среда, а для клетки это уже внеклеточная среда, но в пределах колонии, такни, органа и т.д.

Вот здесь описана аналогия с копировальным аппаратом и упоминание о том, что репликация это только способ сохранения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234446.html#msg234446

Здесь чуток подробнее поясняю:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg238885.html#msg238885

Здесь попытался обозначить связь между механизмом сознания, субъектностью, механизмом самосохранения, сутью возникновения автономности живых систем:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg233720.html#msg233720

Здесь попытался расписать сценарии возникновения основ живого:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg265926.html#msg265926
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg267052.html#msg267052

ЦитироватьДарвиновский естественный отбор — это очень важный процесс. Более того, он входит в рабочее определение астробиологической программы NASA. Там определение очень короткое: «Жизнь — это химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Но какой должен быть материальный субстрат, чтобы поддерживать дарвиновскую эволюцию? Он, строго говоря, не обязан быть химическим.
«Химическая жизнь», к которой принадлежит и наш тип жизни (атомно-молекулярная форма жизни на основе соединений углерода и воды), это только частный случай жизни.

Как уже говорил, в основе живого лежит стремление к самосохранению. Возникает таковое стремление как нарушение гомеостаза. Ну, а любой гомеостаз (любого уровня) системы всегда сводится к некоей совокупности замкнутых/закольцованных процессов внутри системы (и/или замкнутых/закольцованных процессов на этом уровне).

То есть, гомеостаз системы, если совсем уж упрощать (предельно простая система, единственный замкнутый/закольцованный процесс и т.д.), сводится к процессу, который воспроизводится раз за разом внутри системы.

Сразу уточняю – этот процесс возникает и поддерживается взаимодействиями элементов системы между собой (разумеется, часть элементов системы взаимодействует и с внешней средой – система должна быть открытой) – то есть, даже для этого процесса причины его возникновения и существования – внешние. И вообще, любая сущность возникает и существует благодаря внешним причинам (утрируя можно сказать, что «при взаимодействии двух возникает третье»).

При нарушении (например, при внешнем воздействии на систему) этого процесса, как раз и возникает направленный потенциал (процесс обладает инерцией и, как бы, стремиться продолжить «крутиться»).

Здесь приведена цепочка рассуждений, как я пришёл к тому, что следует положить в основу определения жизни:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234477.html#msg234477

Здесь скучковал основные определения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg267302.html#msg267302

Здесь скучковал критерии (в том числе, и «при взаимодействии двух возникает третье»):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,12369.msg258384.html#msg258384

АrefievPV

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 280: «повелитель» эпигенетических часов нейронов
https://neuronovosti.ru/nejronauki-v-science-i-nature-vypusk-280-povelitel-epigeneticheskih-chasov-nejronov/
Ученые из Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга в Нью-Йорке нашли способ «взломать» внутренние часы клеток. Точнее, они смогли преодолеть эпигенетический барьер, который регулирует зрелость нейронов. Но таким способом можно будет повлиять и на другие клетки — например, бета-клетки поджелудочной железы. Результаты опубликовали в журналах Nature и Nature Biotechnology.
ЦитироватьСозревание и старение клеток регулируется  эпигенетически. Последовательность ДНК не меняется, но меняется экспрессия генов — например, блокируется или снижается. В своем исследовании ученые проанализировали, какие биоактивные молекулы влияют на экспрессию генов, стимулируют или ингибируют ее. По итогам анализа они создали комбинацию из четырех компонентов, стимулирующих созревание нейронов.

Получившийся медиаторный коктейль назвали GENtoniK. Примечательно, что это не смесь факторов роста или иных естественных медиаторов – это комбинация низкомолекулярных соединений. Смесь подавляет эпигенетические факторы, замедляющие созревание клеток, и стимулирует факторы, способствующие этому процессу. В результате созревание происходит быстрее и/или не замедляется со временем.

В рамках исследования авторы провели ряд экспериментов на клеточных культурах. Исследователи использовали GENtoniK для ускорения зрелости кортикальных нейронов и спинальных моторных нейронов. В дальнейших исследованиях оказалось, что данная смесь стимулирует развитие других типов клеток, включая меланоциты и панкреатические бета-клетки.

Эксперимент с кортикальными нейронами показал, что GENtoniK ускоряет процесс созревания. А значит, может стимулировать кортикальный нейрогенез, нарушенный в случае некоторых заболеваний — аутизма, например. Спинальные моторные нейроны «созрели» быстрее контрольной группы клеток, которая содержалась в стандартных условиях. Восстановление спинномозговых нервных волокон очень обнадеживает: возможно, получится приблизиться к реабилитации пациентов с травмами спинного мозга, которые пока имеют мало возможностей вернуться к нормальной двигательной активности.

Создание GENtoniK представляет собой значительный прорыв в стимуляции созревания клеток. Этот метод может быть полезен для моделирования различных медицинских состояний, включая расстройства, связанные со снижением синаптической связности, такие как аутизм. Однако, для создания моделей нейродегенеративных заболеваний требуется дальнейшее исследование процессов созревания и, главное, старения нейронов.

Авторы отмечают, что их средство не только помогает быстрее довести нейроны до взрослого состояния, но может оказать такое же влияние на бета-клетки поджелудочной железы. Возможно, это станет предметом исследований в области диабета.

Шаройко Лилия

#2585
Ученые создали устройство для работы «квантовых» нейросетей

https://indicator.ru/physics/uchenye-sozdali-ustroistvo-dlya-raboty-kvantovykh-neirosetei-07-03-2024.htm

07 МАРТА 2024

ЦитироватьРоссийские ученые предложили сверхпроводящую логическую ячейку, которая может быть как составной частью квантового компьютера, так и компонентом нейросети — искусственным нейроном. В перспективе на ее основе будут проектироваться элементы для нейроморфной обработки информации в квантовых процессорах — по сути, «квантовые» нейросети. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.



Современные достижения в области информационно-телекоммуникационных технологий способствуют активному развитию систем искусственного интеллекта. Однако, несмотря на колоссальный прогресс и внедрение нейронных сетей практически во все сферы деятельности человека, ученые все еще ищут оптимальную элементную базу искусственных нейронных сетей, которые бы потребляли минимум энергоресурсов и при этом работали с экстремально большим объемом данных. Решить данную проблему можно, совместив идеи квантовых вычислений и нейротехнологий на основе сверхпроводниковой элементной базы.

Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного Университета имени Н. И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) предложили модель сверхпроводящей логической ячейки, которая может быть как единицей информации в квантовом компьютере — кубитом, — так и базовым элементом нейросети — нейроном. Такой ячейкой оказался интерферометр — прибор, изменяющий магнитное поле по заданному учеными закону.

«Мы настроили ячейку так, что она перестала реагировать на незначительные изменения магнитного поля, поступающего на нее. Однако, если магнитный поток на входе оказывался достаточно сильным, на выходе формировался фиксированный магнитный поток. Фактически таким образом мы продемонстрировали режим работы квантовой ячейки (квантового нейрона), полностью аналогичной известным для классических нейронных сетей. С другой стороны, меняя параметры индуктивностей ячейки и внешнего потока, мы смогли использовать ее в качестве вспомогательного кубита, отказавшись при управлении ею от высокостабильного опорного генератора и сложных смесителей сверхвысокочастотных сигналов, которые необходимы в традиционной технике», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Кленов, доктор технических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники МГУ имени М. В. Ломоносова.

Кроме того, исследователи определили, что предлагаемая ячейка будет работать при температурах от 0,03 Кельвинов (порядка -273,12оС) до 1 Кельвина (-272,15оС), что подтверждает возможность использовать ее на практике для создания нейросетей, работающих с квантовой информацией. Авторы отмечают, что поддержание таких условий не вызывает трудностей.

«В настоящее время системы, объединяющие квантовые вычисления и искусственный интеллект, особенно актуальны. Наша работа — это маленький шаг в сторону развития нейросопроцессоров (базовых ячеек — нейронов), работающих с квантовой информацией. В дальнейшем мы планируем изучить передачу и обработку квантовой информации в простейшей квантовой сверхпроводниковой сети», — рассказывает Марина Бастракова, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующая лабораторией теории наноструктур Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.



НЕЙРОБИОЛОГИ СОЗДАЛИ УМНЫЕ НЕЙРОПРОТЕЗЫ

https://наука.рф/news/neyrobiologi-sozdali-umnye-neyroprotezy/

12 МАРТА 2024
ЦитироватьНейробиологи Санкт-Петербургского университета с российскими и иностранными коллегами разработали и протестировали систему биомиметической нейростимуляции, способную транслировать близкую к натуральной информацию в неповрежденные отделы нервной системы. Разработка показала свою эффективность в тестировании на пациентах, сообщили в пресс-службе вуза.

Воздействие на мозг через стимуляцию периферических нервов — один из перспективных методов при нейропротезировании конечностей у пациентов с утраченными двигательными функциями, ампутированными конечностями и параличами вследствие травм и заболеваний нервной системы. Однако такой подход не всегда обеспечивает естественную сенсомоторную активность. По словам ученых, для более эффективного восстановления пациентов нужно исследовать новые способы сенсорной стимуляции, близкие к естественным.

Международная команда исследователей, в состав которой вошел заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ профессор Павел Мусиенко и сотрудники его научной группы, разработала и протестировала систему биомиметической нейростимуляции. Она передает в неповрежденные отделы нервной системы человека информацию, приближенную к натуральной, естественной.

«На основе математической модели механорецепторов — окончаний нервных волокон, которые реагируют на механическое воздействие, — мы создали биомиметические стратегии стимуляции, имитирующие активность различных афферентных единиц, которые передают импульсы от рецепторов в головной или спинной мозг», — рассказал автор работы, заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, научный руководитель направления «Нейробиология» научно‑технологического университета «Сириус», заведующий лабораторией нейромодуляции Института физиологии имени И. П. Павлова РАН Павел Мусиенко.


Ученые экспериментально оценили новую парадигму на животных моделях, исследовали соматосенсорную нейросеть, стимулируя нерв и записывая рефлекторные реакции в ганглиях (спинномозговых узлах) дорсальных корешков и спинном мозге. Такая стимуляция привела к активности нейронной сети, причем эта активность по своей пространственно‑временной динамике оказалась приближена к естественной нормальной. Новую умную нейротехнологическую парадигму реализовали в бионическом устройстве и протестировали на реальных пациентах, обеспечив большую мобильность и лучшую координацию по сравнению с традиционными подходами.

Работа проведена Санкт‑Петербургским университетом совместно с университетом «Сириус», Институтом физиологии имени И. П. Павлова РАН, центром LIFT (Life Improvement by Future Technologies Center), НИТУ МИСиС, а также ETH Zurich.

Результаты исследования опубликованы в международном научном издательстве Nature.

Исходник публикации

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45190-6

Это потом в теме космоса наверное продублирую, не хочу пока чтобы обзор итогов года Попова далеко уезжал из последнего там еще много интересного не рассмотрено подробно.

Коротко о программе 10 марта 2024
Космонавты на МКС помогают ученым строить модели генерации частиц при солнечных вспышках
https://www.roscosmos.ru/40299/

ЦитироватьС 7 по 10 марта по программе полета российского сегмента станции выполнены:

эксперимент «БТН-Нейтрон» (построение физической модели генерации заряженных и нейтральных частиц во время солнечных вспышек);

эксперимент «Вектор-Т» (экспериментальная отработка методики прогнозирования движения МКС, методов учета ориентации и режимов работы системы управления движением и навигацией);


подробное описание эксперимента  «БТН-Нейтрон» дано летом прошлого года

https://www.roscosmos.ru/39499/


Эксперимент «БТН-Нейтрон» на МКС поможет планированию межпланетных полетов

ЦитироватьНа российском сегменте Международной космической станции проводится эксперимент «БТН-Нейтрон», результаты которого будут применять при планировании межпланетных полетов и создании обитаемых баз на других небесных телах Солнечной системы.
В задачи эксперимента, постановщик которого Институт космических исследований Российской академии наук, входят:

построение физической модели генерации заряженных и нейтральных частиц во время солнечных вспышек;
разработка физической модели нейтронного альбедо атмосферы Земли с учетом гелио- и геофизической обстановки, эффектов долготы и широты точки измерения, времени суток, условий освещенности и состояния атмосферы;


создание физической модели фона нейтронов в окрестности МКС при различных условиях полета, а также регистрация космических гамма-всплесков.
Нейтронный фон на орбите МКС возникает за счет взаимодействия потоков галактических или солнечных космических лучей, состоящих преимущественно из протонов, с ядрами химических элементов, входящих в состав верхней атмосферы Земли, и материалами самой станции. Кроме того, в некоторых мощных солнечных протонных событиях генерируются потоки нейтронов высоких энергий и, так как период полураспада нейтрона (около 11 минут) сравним со временем пролета таких нейтронов от Солнца до Земли, некоторая доля потока, зависящая от скорости и энергии нейтронов, может достичь окрестности Земли.

С февраля 2007 года бортовой телескоп нейтронов, установленный российскими космонавтами на внешней поверхности служебного модуля «Звезда», ведет непрерывные измерения нейтронной компоненты радиационного фона вокруг станции в диапазоне энергий от 1 эВ до 15 МэВ и их передачу на Землю по радиоканалу в режиме реального времени. Это позволило анализировать изменения на протяжении полного солнечного цикла, который длится 11 лет.

Измерения, выполненные на автоматических межпланетных станциях, чья масса сравнительно мала, показали, что вклад вторичных нейтронов в общий радиационный фон не очень велик и не превышает 5%, а на МКС массой 440 т он может достигать 20%.

Одним из самых важных результатов эксперимента «БТН-Нейтрон» стали карты мощности нейтронной эквивалентной дозы для минимума и максимума солнечной активности, которые позволяют оценить вклад пролетов над различными участками земной поверхности в среднюю дозу, полученную космонавтами за длительный период времени пребывания на орбите.

Так средняя мощность эквивалентной нейтронной дозы в ходе минимума солнечного цикла составляет около 35 мкЗв/сутки, а во время максимума опускается до 25 мкЗв/сутки. Экстраполяция измерений показывает, что мощность нейтронной дозы на МКС может составлять от 75 до 140 мкЗв/сутки в зависимости от активности Солнца. Поскольку космонавт на станции за год получает дозу 220 мЗв, что соответствует суточной дозе около 600 мкЗв, то вклад нейтронной составляющей получается достаточно значительным.

АrefievPV

Шмели учатся друг у друга сложным навыкам
https://elementy.ru/novosti_nauki/434207/Shmeli_uchatsya_drug_u_druga_slozhnym_navykam

ЦитироватьИзучение культуры у животных — одна из самых популярных тем в биологии сейчас. Под культурой понимается триада: социальное обучение, длительное поддержание обретенных поведенческих паттернов в группе, постепенное изменение выученных паттернов. Выясняется, что многие животные способны и учиться друг у друга, поддерживать обретенные навыки, а также модифицировать их, адаптируя к текущему контексту.

Часто уточняется, что к культуре следует причислять лишь такие навыки, которые никак нельзя получить случайно, а можно только подсмотреть у товарищей. Доказать распространение таких сложных поведенческих паттернов у животных очень трудно, но еще труднее доказать, что их нельзя приобрести благодаря чудесной случайности.

Однако английские ученые придумали эксперимент, в котором продемонстрировали именно такое социальное обучение у животных, и доказали, что эти навыки нельзя приобрести случайно. Эти животные — шмели. В эксперименте они обучали друг друга добывать корм таким хитрым способом, который никакой шмель за всю свою жизнь не придумает. Ученые предположили, что общественные насекомые — пчелы, осы, шмели, муравьи — предрасположены к социальному обучению, а их богатейший поведенческий репертуар — это в том числе и результат восприятия культурных традиций в колониях.
ЦитироватьДо последнего десятилетия насекомые, одетые в панцирь, на своих шарнирных ногах, руководимые пустым инстинктом, служили символом механического бездушия. Теперь, кажется, все переиначивается: ученые начинают искать в этих животных биологические начала высокой культуры.

Источник: Alice D. Bridges, Amanda Royka, Tara Wilson, Charlotte Lockwood, Jasmin Richter, Mikko Juusola & Lars Chittka. Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone // Nature. 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07126-4.

АrefievPV

Эволюция рибозимов, размножаемых рибозимами: еще один шаг к воссозданию РНК-жизни в пробирке
https://elementy.ru/novosti_nauki/434208/Evolyutsiya_ribozimov_razmnozhaemykh_ribozimami_eshche_odin_shag_k_vossozdaniyu_RNK_zhizni_v_probirke
ЦитироватьОдним из важнейших этапов развития РНК-жизни было появление рибозимов-полимераз (молекул РНК, размножающих молекулы РНК), достаточно точных, чтобы полезная наследственная информация не терялась, а накапливалась в ряду поколений. До сих пор экспериментаторам не удавалось получить столь точные рибозимы-полимеразы. Американским ученым удалось это сделать при помощи нового метода искусственной эволюции. Новый рибозим-полимераза размножает простейшие рибозимы с такой точностью, что наследственная информация не деградирует в ряду поколений. Вместо этого происходит накопление полезных мутаций и рост «приспособленности» размножаемых молекул, то есть настоящая дарвиновская эволюция в пробирке без участия белковых ферментов. Это важный шаг к воссозданию РНК-жизни в лабораторных условиях. Следующей задачей является получение рибозимов-полимераз с таким уровнем точности, который позволил бы им обеспечить эволюцию более крупных рибозимов, в том числе самих себя.
Цитироватьточность репликации все еще недостаточна для того, чтобы обеспечить адаптивную эволюцию самих рибозимов-полимераз. Длина полимеразы 71-89 составляет 182 нуклеотида. Чтобы преодолеть порог Эйгена в условиях, близких к тем, что использовались в обсуждаемой работе, частота мутирования U, вероятно, не должна превышать трех мутаций на геном за поколение (при размножении HHR полимеразой 71-89 величина U составляет 2,94). Если речь идет о размножении 182-нуклеотидного рибозима (это длина полимеразы 71-89), то для U = 3 нужна точность репликации 98,4%. Это намного больше, чем у полимеразы 71-89 (89,1%). Но авторы полны оптимизма. Ведь им удалось за 18 раундов отбора повысить точность полимеразы от 81,4% до 89,1%. Тем самым они опровергли высказывавшееся предположение, что искусственные рибозимы-полимеразы уже достигли предела совершенства, и дальше улучшать их не получится.
Источник: Nikolaos Papastavrou, David P. Horning, Gerald F. Joyce. RNA-catalyzed evolution of catalytic RNA // PNAS. 2024. DOI: 10.1073/pnas.2321592121.(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321592121)